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H.E.L鋰電池的熱管理模型研究 1—iso-BTC 電池等溫量熱儀

前言

鋰電池的熱管理模型研究是當(dāng)前能源存儲領(lǐng)域的一個重要課題，特別是在電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)中,。有效的熱管理對于提高鋰電池的性能,、安全性和壽命至關(guān)重要。目前對于鋰電池模型的研究現(xiàn)狀如下：

熱模型開發(fā)：研究人員開發(fā)了多種鋰電池?zé)崮Ｐ?，包括偏微分方程模型和集中參?shù)模型,。這些模型用于描述電池內(nèi)部的溫度分布和動態(tài)變化，幫助設(shè)計更有效的熱管理系統(tǒng),。

主動與被動熱管理：主動熱管理：通過外部設(shè)備（如冷卻器,、加熱器、風(fēng)扇等）來控制電池溫度,。例如,，液冷系統(tǒng)通過循環(huán)冷卻液來吸收和散發(fā)電池產(chǎn)生的熱量。

被動熱管理：利用材料的熱特性（如相變材料,、導(dǎo)熱材料等）來自然調(diào)節(jié)電池溫度,。例如，相變材料在吸熱和放熱過程中可以穩(wěn)定電池溫度,。

多物理場耦合：考慮電池的電化學(xué)反應(yīng),、熱效應(yīng)和機械應(yīng)力的多物理場耦合模型，可以更全面地描述電池的運行狀態(tài),，為熱管理設(shè)計提供更準(zhǔn)確的理論支持。

鋰電池的熱管理模型研究對于提高電池性能,、安全性和可靠性至關(guān)重要,。通過開發(fā)先進的熱模型、智能控制算法和新型材料,，可以實現(xiàn)更高效,、更經(jīng)濟的熱管理系統(tǒng),，推動鋰電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

案例：基于區(qū)域分解和多項式逼近方法的鋰離子電池降階電化學(xué)模型

背景: 偽二維（Pseudo-two-dimensional, P2D）電化學(xué)模型能夠洞察鋰離子電池的內(nèi)部行為，對于智能電池管理至關(guān)重要,。然而,，P2D模型的計算復(fù)雜性限制了其在車載應(yīng)用中的使用,。為了提高鋰離子電池的安全性和效率,，鋰離子電池的實時電池管理系統(tǒng)（Battery Management System, BMS）中需要嵌入準(zhǔn)確且簡單的電池模型，以實現(xiàn)狀態(tài)估計和故障診斷等功能,。本文的目的是開發(fā)一種降階電化學(xué)模型（Reduced-order Electrochemical Model, ROEM）,，用于BMS。該模型旨在保持高精度的同時顯著降低計算成本,，以便于在車載應(yīng)用中實時使用。

研究方法：域分解技術(shù)：文章提出將整個電池三明治結(jié)構(gòu)分解為兩個計算域,，通過引入電解液濃度平衡點,，將電解液擴散過程簡化為兩個獨立的狀態(tài)變量。

多項式近似方法：采用多項式近似方法描述每個域中的電解液濃度分布,，從而簡化電解液擴散過程。

模型整合：結(jié)合簡化的電解液擴散過程和其他鋰離子電池的動態(tài)行為,，得到了一個五狀態(tài)的對角系統(tǒng)作為完整的ROEM,。

結(jié)論：模型精度：ROEM在預(yù)測電池內(nèi)部和外部行為方面的能力得到了驗證,。在恒流放電和動態(tài)測試中，ROEM的電解液濃度與P2D解的均方根誤差（RMSE）小于5.7 mV,，模擬和測量的端電壓RMSE小于36.2 mV。計算效率：ROEM的計算時間比P2D模型減少了600倍以上,，使得ROEM成為BMS實際應(yīng)用的理想選擇。模型局限性：由于電池性能受電極材料,、工作條件等因素影響，ROEM的參數(shù)需要更新以確保準(zhǔn)確和高效的電池管理,。 

產(chǎn)品推薦：

量熱實驗：實驗設(shè)置：使用LiCoO2/graphite鋰離子電池進行測試，電池放置在等溫量熱儀中,，以保持恒定溫度（25°C）。實驗設(shè)備包括電池測試儀（ARBINBT5HC）,、等溫量熱儀（HEL iso-BTC）和主機計算機,。恒流放電測試：電池在0.5C,、1C、1.5C和2C的電流下進行放電測試,，截止電壓設(shè)置為2.75V。結(jié)果表明,，ROEM和P2D模型的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好。

來源

Li,C., Cui, N., Wang, C., & Zhang, C. (2021). Reduced-order electrochemical model for lithium-ion battery with domain decomposition and polynomial approximation methods. Energy, 221, 119662.

About H.E.L

Hazard Evaluation Laboratories 成立于1987年,，總部設(shè)在倫敦,，在中國、美國,、德國,、意大利、印度擁有分公司,。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估的專業(yè)咨詢機構(gòu),，對研究機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項目；同時提供安全咨詢,，包括事故調(diào)查、HAZOP研究,、安全設(shè)施的設(shè)計及制度管理等,。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機構(gòu),，同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估設(shè)備的國際集團企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶服務(wù)價值為宗旨,，以專業(yè)精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析,、實驗數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶提高分析檢測的效率和水平,。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā),，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀,、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮氣，超高純氫氣氣體發(fā)生器,，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實驗室運營系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測定及分子式識別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報告系統(tǒng)（QRS)/英國赫伊爾生物反應(yīng)器,，電池絕熱量熱,、催化劑合成。

文章來自HEL微信公眾號,，編號HEL2025-YJ-09/09。